Generuoti hidraulinė energija, būtina išnaudoti didelio vandens kiekio judėjimą per krioklį, kuris leidžia judėti turbinai. Viena iš dažniausiai naudojamų turbinų hidroelektrinėje yra Kaplan turbina. Tokio tipo turbinos naudojamos mažuose, iki kelių dešimčių metrų, kriokliuose, kur debitas didelis.
Šiame straipsnyje mes išsamiai aptarsime, iš ko susideda Kaplan turbina, jos pagrindinės charakteristikos ir kaip ji naudojama hidraulinės energijos gamyboje.
Kas yra „Kaplan“ turbina
La Kaplan turbina Tai hidraulinės reaktyvinės turbinos tipas, skirtas veikti aplinkoje, kurioje yra nedideli nuolydžiai, nuo kelių metrų iki kelių dešimčių. Taip pat reikia didelių srautų, tarp 200 ir 300 kubinių metrų per sekundę, todėl tai labai efektyvi turbina hidraulinės energijos, atsinaujinančios energijos šaltinio, gamybai.
Jį išrado austrų profesorius Viktoras Kaplanas 1913 m, o dėl naujoviškos struktūros jis ypač tinka situacijoms, kai vandens srautas kinta. Viena pagrindinių šios turbinos ypatybių yra ta, kad jos mentės gali būti orientuotos pagal srauto kryptį, optimizuojant jos veikimą net tada, kai srautas siekia tik 20-30% vardinio srauto.
Papildoma daugelio Kaplan turbinų savybė yra ta, kad jos yra elektros energijos gamybos sistemų, kuriose yra stacionarių statorių, dalis, optimizuojančių vandens, tiekiančio į turbiną, srautą, taip pagerinant elektros gamybos pajėgumus. Kaplan turbinos efektyvumas Jis gali išlikti aukštas esant įvairiems srautams, todėl jis yra pagrindinis daugelio hidroelektrinių elementas.
Veikimo principas
Kaplan turbinos veikimo principas paprastas, bet efektyvus. Vanduo turbiną pasiekia spiralės formos kanalu, kuris leidžia turbiną tiekti per visą jos perimetrą. Tada vanduo praeina per skirstytuvą, kuris suteikia srautui sukimosi judesį, būtiną turbinos veikimui.
Kai vanduo patenka į turbiną, jis sukelia sparnuotės posūkis, nukreipdamas vandens srautą 90° kampu, o po to apversdamas ašine kryptimi. Šis veiksmas leidžia turbinai pasinaudoti kinetine vandens energija, kad padidintų energijos gamybos efektyvumą.
La Kaplan turbina Jis turi galimybę atgauti dalį energijos dėl išmetimo sistemoje esančio difuzoriaus, o tai nėra įprasta visose hidraulinėse turbinose. Šis difuzorius padeda pagerinti turbinos veikimą ten, kur vandens slėgis nėra didelis, pavyzdžiui, mažuose kriokliuose.
Pagrindinės savybės ir privalumai
Vienas reikšmingiausių Kaplan turbinos privalumų yra galimybė reguliuoti mentes priklausomai nuo vandens tekėjimo krypties. Tai leidžia turbinai išlaikyti aukštą efektyvumą esant įvairioms srauto ir slėgio sąlygoms.
Skirtingai nuo įprastų turbinų, tokių kaip sraigto turbinos, Kaplan turi srauto reguliatorius, kurie gali reguliuoti ir sparnuotės mentes, ir skirstytuvo menčių kampą. Dėl to tai yra viena universaliausių turbinų rinkoje, galinčių dirbti platus srauto ir slėgio diapazonas, kurių efektyvumas siekia iki 90%.
Kaplan turbinos veikimo diapazonas apima maksimalias aukštis maždaug 80 metrų aukščio ir srauto greitis iki 50 kubinių metrų per sekundę. Nors kai kuriais aspektais jis panašus į „Francis“ turbinas, „Kaplan“ yra ypač efektyvus tokiomis sąlygomis dideli srautai ir žemos galvos nukrito, kur kitos turbinos prarastų efektyvumą.
Kaip turbinos veikia hidroenergijoje
Hidroelektrinėje išėjimo įtampos reguliavimas yra būtinas norint užtikrinti nuolatinį elektros tiekimą. Tai reiškia, kad turbinos greitis turi išlikti pastovus net tada, kai vandens tekėjimo sąlygos skiriasi. Kaplan turbinos sukurtos taip, kad prisitaikytų prie šių pokyčių ir dėl pažangių valdymo sistemų išlaikytų pastovų vandens srautą.
Hidroelektrinės turbinos, nesvarbu, Kaplan, Francis ar Pélton, turi įvairias valdymo sistemas, užtikrinančias, kad jos išliktų stabilios, kai keičiasi vandens slėgis. Visų pirma, Kaplan turbinos paprastai turi aplinkkelio purkštukai, kurios efektyviai nukreipia vandens perteklių, kad išvengtų žalos dėl vadinamojo vandens plaktuko – staigaus slėgio padidėjimo, kuris gali labai pakenkti įrenginiams.
Hidraulinės turbinos klasifikuojamos pagal krioklio tipą ir srautą, kurį jos valdo:
- Dideli šuoliai su mažais srautais: Naudojamos Peltono turbinos.
- Vidutiniai šuoliai su didesniu srautu: Naudojamos Pranciškaus turbinos.
- Maži šuoliai dideliais srautais: Naudojamos Kaplan ir propelerinės turbinos.
Vandens kiekis, praeinantis per turbiną, reguliuojamas pagal esamą elektros poreikį. Likęs vanduo nukreipiamas per išleidimo kanalus, kad būtų išvengta nuostolių sistemoje. Šiuolaikiniuose hidroelektriniuose valdymo sistemos užtikrina optimalų turimo srauto panaudojimą, padeda palaikyti efektyvią ir tvarią energijos gamybą.
Šiame straipsnyje išsamiai aprašomas vienos pažangiausių ir efektyviausių hidraulinės energijos panaudojimo technologijų Kaplan turbinų veikimas, pranašumai ir charakteristikos. Dėl didelio našumo ir universalumo jie yra vienas iš dažniausiai naudojamų variantų vandens energijos gamybos sektoriuje.